Memorie flash

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Memorie flash: primul cip este memoria reală, în timp ce al doilea este controlerul

În electronică , memoria flash (numită și memorie flash ) este un tip de memorie în stare solidă și non-volatilă , care datorită performanței sale poate fi folosită și ca memorie de citire-scriere ; atunci când este utilizat ca ROM, se numește și ROM flash .

Istorie

Ambele tipuri de bliț NOR și NAND au fost inventate de Fujio Masuoka la laboratoarele Toshiba în anii 1980. [1] Primul model comercial de memorie flash, un flash NOR , a fost produs de Intel Corporation în 1988: [2] era un chip Flash de 256 Kbit; dezvoltat cu tehnologii EPROM și EEPROM și echipat cu o interfață SRAM , NOR Flash avea viteze de scriere și citire care ar fi considerate foarte lente în comparație cu standardele actuale și ar putea gestiona doar o cantitate mică de cicluri de scriere comparativ cu standardele actuale. Ulterior a fost introdus flash-ul NAND , care diferă de primul printr-o metodă diferită de injectare a încărcăturii. A fost conceput pentru stocarea unor cantități mari de date secvențial, în blocuri mici și la un cost redus. Proiectul s-a născut în 1989 dintr-o colaborare între Samsung și Toshiba.

Descriere

Într-o memorie flash, informațiile sunt înregistrate într-un MOSFET vector de poartă plutitoare , un tip de tranzistor cu efect de câmp capabil să rețină sarcină electrică pentru o lungă perioadă de timp. Fiecare tranzistor constituie o „celulă de memorie” care deține valoarea unui bit . Noile blițuri utilizează celule pe mai multe niveluri care permit înregistrarea valorii mai multor biți printr-un singur tranzistor .

Spre deosebire de tehnologiile anterioare, tehnologia Flash a făcut posibilă salvarea sau ștergerea datelor într-un singur pas, introducând astfel un câștig incredibil în viteză, iar datorită non-volatilității este frecvent utilizată în camerele digitale , playere de muzică portabile, în telefoanele mobile , Taste USB ( unități flash), PDA-uri , laptopuri moderne și multe alte dispozitive care necesită o portabilitate ridicată și o capacitate bună de memorie pentru salvarea datelor.

Memoriile de bliț sunt de două tipuri principale: blițul NOR și blițul NAND , care diferă prin arhitectură și procedură de programare . Există, de asemenea, un tip hibrid, și bliț , care profită de caracteristicile ambelor, NOR și NAND .

Tranzistorul de poartă plutitoare

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: MOSFET Floating Gate .

Dacă luăm în considerare amintirile NOR, primele produse, fiecare celulă este similară cu un MOSFET, dar cu două porți în loc de una singură. Una este CG obișnuită ( Poarta de control ), în timp ce cealaltă se numește Poarta plutitoare (FG), care se dovedește a fi complet izolată de un strat de oxid . Poarta plutitoare este situată între CG și substrat. Deoarece FG este izolat, fiecare electron care ajunge la el, traversând bariera potențială dată de oxid, este blocat modificând tensiunea de prag V t a celulei. În timpul unei operații de citire, prin aplicarea unei tensiuni pe CG, curentul curge mai mult sau mai puțin în funcție de V t a celulei care este controlată de numărul de electroni prezenți pe FG. Această prezență sau absență a curentului se traduce în 0 sau 1, reproducând valoarea bitului stocat.
Pentru a extinde capacitatea de memorie, au fost dezvoltate celule pe mai multe niveluri, unde nu este verificată doar absența sau prezența curentului: în acest fel pot fi stocate mai mulți biți.

Programare și anulare

Blițurile NOR sunt programate printr-un proces numit injecție de electroni la cald : o tensiune, mai mare de 5 V, este aplicată CG, care pornește un flux de electroni care, călătorind prin canalul creat de aprinderea tranzistorului, trec de la sursa spre scurgere . Electronii cu energie mai mare trec prin stratul de oxid care separă canalul de FG, fiind prinși în interiorul acestuia din urmă. Blițul NAND , pe de altă parte, injectează sarcini în FG prin intermediul efectului tunel .
Anularea, pentru ambele tipuri de memorie, exploatează efectul tunel: se aplică o diferență de tensiune între CG și sursă, ceea ce determină extragerea electronilor din FG printr-un proces numit tunel fowler-Nordheim , opus celui cald injecție de electroni utilizată în faza de programare. Memoriile NOR moderne grupează celulele în segmente numite blocuri sau sectoare, astfel încât operațiunile de ștergere să aibă loc simultan pe toate celulele aparținând aceluiași segment: atunci când este programat un octet, acesta nu poate fi șters decât după ștergerea întregului bloc. Atât citirea, cât și scrierea amintirilor FLASH necesită mult mai mult timp decât o memorie RAM curentă și, în orice caz, numărul de scrieri pe care le poate suporta o memorie FLASH nu este nelimitat, deși foarte mare (în general mai mare de 10'000 cicluri de scriere).

Arhitecturi de memorie

Dezvoltarea diferitelor mecanisme de injectare a încărcării și, prin urmare, a diferitelor metode de programare și ștergere, a condus la distincția a trei tipuri diferite de arhitectură a memoriei flash, legate de cele trei tipuri de dispozitive: NOR, NAND și AND.

NOR Flash

NOR structura blițului

În tablourile de memorie NOR, fiecare celulă are un terminal conectat direct la masă, iar celălalt la linia de biți. Când o linie de cuvânt este setată la o valoare logică ridicată, tranzistorul corespunzător pornește sau se oprește în funcție de încărcarea stocată; consecința este că tensiunea liniei de biți este respectiv coborâtă sau menținută ridicată.

NOR Flash-urile își primesc numele din comportamentul logic „parțial” al unei porți NOR simple. De fapt, se poate imagina că pentru o singură pereche WL / Tranzistor (puneți WL în logică zero-activă), se menține că (liniile roșii nu sunt incluse):

INTRARE IEȘIRE
WordLine Tranzistor BitLine
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

Intel a fost prima companie care a produs amintiri Flash și le-a adus pe piață ca componente individuale. Acest tip de memorie este utilizat în principal în acele câmpuri care necesită salvarea permanentă a datelor rareori supuse modificării; de exemplu, sistemele de operare ale camerelor digitale sau ale telefoanelor mobile.

Memoriile NOR minimizează timpul de acces pentru citirile aleatorii și sunt utilizate atunci când trebuie să executați codul direct din memorie. Au fost create pentru a înlocui EEPROM-urile și sunt utilizate, de exemplu, pentru a conține firmware - ul unui microcontroler care rulează direct și nu este actualizat frecvent. Acestea au fost utilizate în primul Compact Flash în principal pentru a stoca firmware-ul camerelor digitale și PDA-urilor. Amintirile NOR au suferit o evoluție odată cu introducerea DINOR (Divided Bit-Line NOR) care permit anularea mai multor sectoare în același timp, performanțe mai bune și consum de energie prin injecție în tunel și mecanisme de eliberare a tunelului pentru citire și scriere.

NAND Flash

Structura blițului NAND

În rețelele de memorie NAND, tranzistoarele sunt conectate în serie și, dacă toate cuvintele linii au o valoare logică ridicată, tensiunea liniei de biți scade. În citire, toate liniile cuvântului, cu excepția uneia, sunt peste tensiunea de prag a unui bit programat, în timp ce doar o celulă este peste tensiunea de prag a unui bit șters: seria tranzistoarelor conduce, scăzând tensiunea liniei de biți, dacă celula nu este programată.

Acest tip de memorie s-a răspândit rapid atât de mult, încât majoritatea dispozitivelor flash SM-SmartMedia, SD-Secure Digital, MS-MemoryStick actuale se bazează pe aceasta. Memoriile NAND sunt optimizate pentru actualizarea rapidă a datelor. Luați în considerare faptul că sectorul de anulare pentru NAND-uri este de 8 Kb față de 64 Kb pentru NOR-uri. Aceasta înseamnă că într-o memorie NOR, chiar dacă trebuie să actualizăm doar un octet, suntem obligați să ștergem un bloc întreg de 64 Kb și să-l rescriem complet cu probleme evidente de performanță. Mai mult, pentru aceeași capacitate, este mai puțin costisitor să produci un NAND decât un NOR.

Comparativ cu NOR, tehnologia NAND crește numărul de cicluri de scriere de zece ori, prin urmare crește viteza proceselor, iar celulele de memorie ale blițurilor NAND sunt la jumătate din dimensiunea celulelor de memorie NOR: aceasta reprezintă un mare avantaj din punct de vedere economic, deoarece dimensiunile reduse ale celulelor permit utilizarea unor capacități de stocare mai mari în același spațiu ca un NOR și, prin urmare, costuri mai mici pentru cumpărător și o marjă mai mare pentru producător. De asemenea, conform producătorului Flash M-System, NAND șterge datele în mai puțin de patru milisecunde, în timp ce NOR are nevoie de cel puțin cinci milisecunde pentru aceeași operație. Datorită acestei performanțe mai bune, NAND este de obicei utilizat în CompactFlash , SmartMedia , SD, MMC, xD, carduri PC, stick- uri USB și ca memorie principală a laptopurilor moderne (mai 2006 de Samsung , Samsung Q1 și Samsung Q30 ).

NAND-urile pot fi create cu tehnologia Fe ( ferroelectrică ) sau FG ( poartă plutitoare ) [3]

ȘI Flash

Hitachi a introdus un alt tip de memorie, numit AND flash , care pare să sintetizeze cele mai bune aspecte ale NAND-urilor și NOR-urilor cu viteze mari de ștergere, consum redus de energie, blocuri reduse de citire și scriere.

Domenii de utilizare a memoriilor flash

Card de memorie

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Card de memorie .

În prezent există diferite standarde pentru cardul de memorie:

Toate aceste dispozitive diferite au ca unic scop stocarea informațiilor în format digital, chiar și în absența puterii. Fiecare dintre ele are caracteristici foarte specifice în ceea ce privește dimensiunea și funcționalitatea. Producătorii au încercat să facă dispozitive de dimensiuni mici, ușor de utilizat și suficient de robuste.

Unitate în stare solidă

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Unități de stare solidă .

Unitățile de stare solidă , dedicate inițial aplicațiilor militare și industriale deosebit de critice, sunt de ceva timp un produs pe piață. Astăzi, acest tip de memorie este propus în schimb ca înlocuitor pentru hard disk-ul computerelor fixe și portabile sau al altor dispozitive portabile. Performanțele comparate cu un hard disk tradițional sunt superioare: viteză mai mare în citirea și scrierea datelor, fiabilitate mai mare, rezistență foarte mare la șocuri mecanice, consum foarte mic. Pe de altă parte, costul este mult mai mare, chiar dacă prognozele pieței anunță o difuzie puternică, deoarece tehnologia flash va fi mai matură și costurile de producție vor scădea.

Unitățile în stare solidă nu ar permite, la fel ca suporturile magnetice tradiționale, un număr nelimitat de scrieri; totuși în interiorul dispozitivelor de stocare sunt inserate, la nivel hardware, algoritmi speciali care evită amplasarea accesului la celulele de memorie, prelungind considerabil durata de viață a dispozitivului.

Notă

  1. ^ Benjamin Fulford, Unsung hero . Forbes.com , Forbes, 24 iunie 2002. Accesat la 18 martie 2008 .
  2. ^ Arie Tal, NAND vs. Tehnologia flash NOR: Proiectantul ar trebui să cântărească opțiunile atunci când folosește memoria flash , pe www2.electronicproducts.com , februarie 2002. Accesat la 31 iulie 2010 (arhivat din original la 28 iulie 2010) .
  3. ^ SSD chiar mai rapid și mai economic, datorită Tokyo , pe tomshw.it . Adus la 18 noiembrie 2014 (arhivat din original la 29 noiembrie 2014) .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh93007615
Electronică Portal electronic : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de electronică